AG-Leiter Prof. Dr. med. Andreas Burchert Oberarzt KMT-Station 227

Labormitglieder (von links nach rechts)

Dr. Ying Wang post doc (MD)

Ashu Kumari Doktorandin (PhD student)

Christian Michel medizinischer Doktorand (MD student)

Sonja Tajstra leitende BTA

Prof. Dr. Andreas Burchert Laborleiter

Lisa Eisner Doktorandin (Phd student)

Sabrina Inselmann Doktorandin (Phd student)

Anita Hartmann medizinische Doktorandin (MD student)

Projekte:

1. ICSBP (Interferon Consensus Sequence Binding Protein) bei der molekularen Pathogenese der CML

Förderung: Transregio SFB (TR17) bis 2008

Hintergrund

Zur Familie der Interferon-regulierten Faktoren (IRF) gehört eine wachsende Zahl Genen, die derzeit 9 Familienmitglieder umfasst (IRF-1, -2, -3, -4 /ISCAT/Pip, -5, -6, -8, -9 [ISGF-3g]). Alle IRFs haben strukturelle Gemeinsamkeiten. Sie besitzen eine DNA-bindende und eine DNA-interagierende Domaine (DBD und IAD). Mit der DBD erfolgt die Bindung an distinkte DNA –Sequenzen (Interferon-responsive Elemente: ISRE; GAS oder EICE) innerhalb des Promoters von Genen die durch Interferone aktiviert werden.

Aufbau und Funktion von IRF. IRF sind Transkriptionsfaktoren, die die Transkription von Zielgenen regulieren, an deren Promotoren sie im Bereich von bestimmten Response-Elementen (ISRE, EICE, GAS) über ihre DNA-bindende Domaine (DBD) andocken. IRF bilden hierzu über Interaktionsdomainen (IAD) Homo- und Heterokomplexe, deren Komposition das Bindungsverhalten und damit die transkriptionelle Regulation von Zielgenen (Induktion: IL12p40, CII-TA) Suppression (myc, bcl-2) beeinflusst.

Interferone binden an ihre Rezeptoren und aktivieren den JAK-STAT Signalweg. In der Folge binden STATs (Signal-Transducers und Aktivators of Transkription) an die Promoter von IRF und regulieren so Transkription und Expression.

Interferon Consensus Sequence Binding Protein (ICSBP, IRF-8)

IRF-8 oder ICSBP ist ein Transkriptionsfaktor, der hauptsächlich durch IFNg induziert wird und selber Genexpression sowohl aktivieren wie auch reprimieren kann. Die ICSBP-Funktion ist essentiell abhängig und wird reguliert von der Präsenz interagierender Faktoren wie IRF-1, IRF-2, PU.1 u.a. mehr und von der Art der vorkommenden DNA-Response Elemente. An sog. „Interferon stimulierten Response Elementen (ISRE)“ bindet nur ein ICSBP-Komplex (nicht ICSBP allein) und supprimiert oder stimuliert Transkription. Daher kann die Funktion von ICSBP auch durch die Präsenz und Quantität interagierender Partner beeinflusst werden. ICBSP ist ein essentieller Modulator von Immunantworten. ICSBP Defizienz bewirkt eine Immundefizienz, u.a. durch Verlust der Fähigkeit zur Generation einer Interleukin-12 (IL-12) und IFN-gamma (IFNg) abhängigen Th1-Immunantwort. ICSBP ist zudem essentiell für die Reifung von Progenitorzellen zu Monozyten und deren terminale Differenzierung zu Makrophagen und Dendriten. Dabei blockiert ICSBP gleichzeitig die granulozytäre Ausreifung. ICSBP-knockout Mäuse zeigen sogar eine komplette Depletion von B220⁺CD11b^- plasmozytoiden dendritischen Zellen (PDC). ICSBP hat neben seiner sehr gut charakterisierten Rolle bei der Regulation von Immunantworten auch direkte tumorsuppressive Eigenschaften. Ein Verlust von ICSBP scheint bei der Leukämogenese der CML, aber auch bei der Genese der AML relevant zu sein.

Die Bedeutung einer ICSBP-Defizienz für die Generierung von anti-Tumorantworten ist bisher wenig untersucht.

Zusammengefasst: ICSBP scheint seine Tumorsuppressorwirkung bei der CML durch immunregulatorische humorale wie auch direkt anti-onkogene Effekte zu erzielen.

Aktuelle Fragestellungen:

ICSBP in der Interferenz mit onkogener Signaltransduktion von BCR/ABL

ICSBP als ein Tumorsuppressor während der Leukämogenese der CML
ICSBP als ein Indikator für Interferonresponsivität

2. Resistenz- und Persistenzmechanismen von Leukämien

Förderung: Carreras Leukämiestiftung (bis 2006)

Hintergrund

Imatinibmesylat - Resistenz- und Persistenz

Allen strukturellen oder anderen zellulären Veränderungen bei denen trotz der Präsenz von Imatinib die BCR/ABL-Kinase aktiviert bleibt entspricht einer BCR/ABL-abhängigen Imatinib Resistenz. Mechanismen die zu einer BCR/ABL-abhängigen Resistenz führen sind Punktmutationen (inner- oder ausserhalb der Kinase) oder eine BCR/ABL-Genamplifikation bzw. BCR/ABL-Überexpression. Punktmutationen sind die best untersuchten und häufigsten der bekannten Ursachen einer BCR/ABL-abhängigen Resistenz. Mutationen werden je nach klinischer Entität und Studienpopulation in 50-80% der Fälle gefunden. BCR/ABL-Punktmutationen stellen ein erhebliches klinisches Problem dar, da sie eine Heilung oder längerfristige Kontrolle BCR/ABL-positiver Leukämien verhindern und den Verlauf der Erkrankung negativ beeinflussen. Praktisch alle Ph⁺-ALL und die fortgeschrittenen Phasen der CML werden imatinibresistent. In den meisten Fällen bleibt allerdings unklar, ob eine Mutation bereits bei Diagnose existent war. Wenn Mutationen auch neu entstehen, bleibt die Frage, welche Mechanismen zum Überleben BCR/ABL-positiver Zellen beitrug bevor sich eine Resistenz-machende Mutation ausbilden konnte.

Dieser Frage gehen wir mit einem kinetischen, prospektiven Imatinib-Resistenzmodell nach.

Patienten die in der chronischen Phase einer CML mit Imatinib behandelt werden, zeigen selbst nach Jahren der Therapie eine deutliche Positivität für BCR/ABL im peripheren Blut. Diese residuelle Erkrankung entspricht einer Persistenz BCR/ABL positiver Zellen in Gegenwart von Imatinib. Im Gegensatz zur Resistenz sind persistierende BCR/ABL positive Zellen nicht in der Lage zu proliferieren und zu expandieren. Die Gefahr der Persistenz liegt aber in der späteren Entstehung von Resistenz.

Ursachen der Persistenz zu erforschen ist ein Schwerpunkt unserer Forschung.

3. Differentielle Wirkmechanismen einer Interferon und Imatinib Therapie bei der CML

Förderung: Transregio TR17, Carreras

Hintergrund:

Konventionelle Standardtherapien der CML

1. Imatinib (CGP57148B, STI571)

Die Entwicklung von Imatinibmesylat (zuvor: CGP57148B, STI571) als erstes rational designtes molekulares Therapeutikum (Glivec®, Gleevec®) hatte folgende Rationalen: i) die Kinase von BCR/ABL wird leukämiespezifisch in Ph⁺-Leukämien exprimiert ii) CML-Zellen benötigen die konstitutive BCR/ABL-Aktivierung zur Proliferation und zum Überleben, iii) eine Inhibition der normalen Hämatopoese war durch Hemmung der ABL-Kinase nicht zu erwarten.

Bei der Substanz handelt es sich um ein 2-Phenylaminopyrimidin-Derivat (Abb. 5), das kompetitiv mit ATP um Bindung in der ATP-Bindungsstelle der BCR/ABL-Kinase konkurriert.

Neuere Inhibitoren

Dazu zählen i) solche, die die Abl-Kinase spezifischer und potenter hemmen als Imatinib (AMN107 Cancer Cell2005) oder ii) eine Vielzahl so genannter Dual-Kinase Inhibitoren, die sowohl BCR/ABL (und ABL), aber auch Mitglieder der Src-Kinase Familie, wie lck, fgr, lyn, src u.a. mehr blockieren (PD166326 Wisniewski D 2003, SKI-606 Golas JM cancer R 2003, AP23464 O'Hare T Blood 2004, and BMS-354825 Shah NP Science 2004). Die genannten Inhibitoren können Imatinibresistenz durch BCR/ABL Mutationen (bis auf T315I), überkommen. Eine duale (Src und BCR/ABL) Kinase-Inhibition ist zudem vor allem im Rahmen der Behandlung von einigen Imatinib-resistenten CML und den Ph+-ALL interessant, da diese mitunter erheblich von Src-Kinase abhängen können (Nat. Genetics 2003, Nat Med. 2005) .

Potentielle Probleme und Risiken einer Imatinibdauertherapie und (möglicherweise auch) einer Therapie mit neueren Inhibitoren ergeben sich aus folgenden Erkenntnissen:

Imatinib

- Führt zu keiner Eradikation von Stammzellen durch BCR/ABL-Kinase Inhibitoren, daher keine Heilung mit anhaltender Gefahr eines Progresses (ca. 2-4% pro Jahr)

- hat potenziell immunsuppressive Eigenschaften

- hat eine vermutete Rolle bei der Induktion von genetischer Instabilität

- verliert an Wirkung nach Ausbildung von Resistenzen

Interferon alpha

Die überlebensverlängernde Wirkung von IFNa wurde zuletzt in einer großen Metaanalyse bestätigt. Allerdings weiß man heute auch, dass nur Patienten mit niedrigem Risiko von einer konservativen Therapie dann sehr nachhaltig profitierten (Bonifazi), wenn sie unter IFNa eine komplette zytogenetische Remission erreichten. Dann ist das Langzeitüberleben mit IFNa sogar besser als mit Stammzelltransplantation. Die kompletten zytogenetischen Remissionsraten unter IFNa sind allerdings sehr gering (10% bis max. 30%) und trotz des Vorliegens eines Prognosescores (s.o) ist es nicht möglich vorherzusagen, wer eine komplette Remission mit IFNa erreichen wird. Daher ist eine gezielte Nutzung der therapeutischen Effektivität dieser Substanz bisher nicht möglich. Erstmals konnten mit Myeloblastin-spezifischen T-Zellen antileukämische Effektorzellen identifiziert werden, die v.a. bei Patienten unter IFNa-Therapie, nicht aber bei Patienten, die mit Chemotherapie oder Imatinib behandelt wurden, in Zusammenhang mit einer Remission expandierten.

Imatinib revolutionierte die konservative Therapie der CML. Die Substanz zeigt eine der IFNa-Therapie signifikant überlegene Therapieeffizienz. Verglichen mit IFNa, erreichen Imatinib-behandelte Patienten signifikant schneller und zahlenmäßig häufiger komplette zytogenetische Remissionen nach 18 Monaten (ca. 70% versus etwa 5-15%) erzielt werden. Bei gleichzeitig sehr guter Verträglichkeit ohne die für IFNa typischen Nebenwirkungen (grippale Symptome, Fieber, psychische Veränderungen, Autoimmunphänomene, Lebertoxizität u.a. mehr), hat Imatinib IFNa heute als Standardtherapie der CML abgelöst.

Wir gehen im Rahmen unserer Forshcung der Frage nach, inwiefern man die hohe Effizienz einer BCR/ABL-Inhibitortherapie mit Imatinib gezielt mit der immunstimulierenden Wirkung von IFNa kombinieren kann.

Dafür ist es unser primäres Ziel Indikatioren einer Interferon-Responsivität zu identifizieren, um nur denjenigen eine Therapie mit Interferon geben zu müssen, die davon auch nachhaltig profitieren werden.

Derzeit behandeln wir in Marburg 12 Patienten im Rahmen einer multizentrischer Studien mit IFNa (Pegasys) und Imatinib.